Genome immunity: elucidation of the antiviral activity of endogenous bornaviruses and their utilization as functional resources

• Project/Area Number: 20H05682
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section F
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 朝長 啓造 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (10301920)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Parrish Nicholas 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (40833851)
• Project Period (FY): 2020-08-31 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥191,360,000 (Direct Cost: ¥147,200,000、Indirect Cost: ¥44,160,000); Fiscal Year 2024: ¥37,180,000 (Direct Cost: ¥28,600,000、Indirect Cost: ¥8,580,000); Fiscal Year 2023: ¥37,960,000 (Direct Cost: ¥29,200,000、Indirect Cost: ¥8,760,000); Fiscal Year 2022: ¥37,180,000 (Direct Cost: ¥28,600,000、Indirect Cost: ¥8,580,000); Fiscal Year 2021: ¥37,960,000 (Direct Cost: ¥29,200,000、Indirect Cost: ¥8,760,000); Fiscal Year 2020: ¥41,080,000 (Direct Cost: ¥31,600,000、Indirect Cost: ¥9,480,000)
• Keywords: 内在性ウイルス / ボルナウイルス / ゲノム免疫 / 共進化 / ゲノム多様性 / ウイルス免疫 / 内在性RNAウイルス / 抗ウイルス作用

Outline of Research at the Start

研究代表者は、多くの哺乳動物のゲノムに、レトロウイルスとは異なるRNAウイルスに由来する遺伝配列（内在性ウイルス）が存在していることを発見し、これらが抗ウイルス活性を示すことを明らかにしてきた。本研究は、内在性ウイルスが持つ「ゲノム免疫」の動作原理を解明し、それを利用することで、新たなバイオテクノロジーの創出を目的としている。本研究は、哺乳動物におけるCRISPR/Cas様機構の同定と応用を目指すものであり、その成果は、これまでにない抗ウイルス薬やワクチンの開発につながる。本研究は、世界に先駆けて内在性ウイルスの機能性を確保するものであり、わが国の科学技術イノベーションの発展に大きく貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

内在性ウイルスは、私たちのゲノムに残されたウイルス感染の痕跡である。これまでの研究から、哺乳類ゲノムにはレトロウイルス以外のRNAウイルスに由来する内在性配列が数多く存在することが示されてきた。また、それらの配列がRNAに転写され、タンパク質を発現していることも明らかとなってきた。本研究は、哺乳動物ゲノムにおいて、抗ウイルス活性を示す内在性ウイルス配列、特にボルナウイルスに由来する内在性ボルナウイルスの特徴と機能の分子機構を解析し、ゲノム免疫の動作原理を解明することを目的としている。本研究課題は、朝長グループ（京都大学）とParrishグループ（理化学研究所）で実施している。本年度は、コウモリゲノムにおける内在性ボルナウイルス配列に関して、クビワコウモリ属由来細胞のトランスクリプトーム解析を実施するとともに、ユビナガコウモリ属ゲノムに存在する内在性ボルナウイルスmiEBLN-1がRNA結合タンパク質として宿主細胞内で機能することを示した。また、ヒト3番染色体上の内在性ボルナウイルスhsEBLN-2が、アポトーシス関連の宿主因子と結合するミトコンドリア局在タンパク質を発現していることを明らかにし、ストレス環境における細胞生存性を高めていることを示した。これらの成果は、内在性ボルナウイルス配列由来のタンパク質が、宿主因子との相互作用を介して機能を発揮していることを証明したものである。これらの成果は、本研究課題の実施項目である「内在性ウイルス配列の抗ウイルス活性の動作原理解明」と「内在性ウイルス由来RNAの配列的特徴と発現機構の解明」の達成目標に関連するものであり、論文として発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画書に記載していた現時点までの達成目標、「１-１：内在性ボルナウイルスの抗ウイルス活性の解明」、「１-２：内在性ボルナウイルスから転写されるRNAの網羅的解析と相互作用」、「２-１：内在性ウイルス由来RNAの配列的特徴の解明」、「２-２内在性ウイルス配列の転写機構の解明」に関して順調に成果を上げ、論文発表も行っている。加えて、達成目標３-１である「RNA配列の改変による抗ウイルス活性の制御」についても、hsEBLN-3由来lncRNAを用いた解析で配列に欠損を加えることで抗ウイルス活性の制御を確認している。これらの中には計画書において設定していた達成時期よりも早い進捗もあり、研究は期待以上に進んでいるといえる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、タンパク質もしくはRNAとして機能する内在性ボルナウイルスの作用機序の詳細な解析を推進する。主な解析対象は、ボルナウイルスのRNA依存性RNAポリメラーゼ遺伝子と相同性を持つコウモリゲノムのeEBLL-1、ボルナ病ウイルスの感染を抑制するlncRNAを発現するヒトゲノムのhsEBLN-3、そしてマウスゲノムにおいてウイルス特異的なpiRNAを発現するmmEBLNである。

Assessment Rating

Interim Assessment Comments (Rating)

A+: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, more progress has been made in research than expected.

Research Products

• [Journal Article] A comprehensive profiling of innate immune responses in <i>Eptesicus</i> bat cells (2022)
  • Author(s): Lin Hsien‐Hen、Horie Masayuki、Tomonaga Keizo
  • Journal Title: Microbiology and Immunology Volume: 66 Issue: 3 Pages: 97-112
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12952
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An endogenous bornavirus‐like nucleoprotein in miniopterid bats retains the RNA‐binding properties of the original viral protein (2022)
  • Author(s): Mukai Yahiro、Horie Masayuki、Kojima Shohei、Kawasaki Junna、Maeda Ken、Tomonaga Keizo
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 596 Issue: 3 Pages: 323-337
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14290
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Human Endogenous Bornavirus-Like Nucleoprotein Encodes a Mitochondrial Protein Associated with Cell Viability (2021)
  • Author(s): Fujino Kan、Horie Masayuki、Kojima Shohei、Shimizu Sae、Nabekura Aya、Kobayashi Hiroko、Makino Akiko、Honda Tomoyuki、Tomonaga Keizo
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 95 Issue: 14
  • DOI: 10.1128/jvi.02030-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hidden Viral Sequences in Public Sequencing Data and Warning for Future Emerging Diseases (2021)
  • Author(s): Kawasaki Junna、Kojima Shohei、Tomonaga Keizo、Horie Masayuki
  • Journal Title: mBio Volume: 12 Issue: 4
  • DOI: 10.1128/mbio.01638-21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mammalian antiviral systems directed by small RNA (2021)
  • Author(s): Takahashi Tomoko、Heaton Steven M.、Parrish Nicholas F.
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 17 Issue: 12 Pages: e1010091-e1010091
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1010091
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virus-like insertions with sequence signatures similar to those of endogenous non-retroviral RNA viruses in the human genome. (2021)
  • Author(s): Kojima S, Yoshikawa K, Ito J, Nakagawa S, Parrish NF, Horie M, Kawano S, Tomonaga K.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 118 Issue: 5
  • DOI: 10.1073/pnas.2010758118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 希少感染症から探究するネオウイルス学 (2021)
  • Author(s): 朝長啓造
  • Organizer: 第41回阿蘇シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ボルナウイルス研究とネオウイルス学 (2021)
  • Author(s): 朝長啓造
  • Organizer: 九州微生物研究フォーラム
  • Invited
• [Presentation] Investigation of the innate immune responses in Eptesicus bat cell lines (2021)
  • Author(s): Lin HH, Mukai Y, Komorizono R, Horie M, Tomonaga K.
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] A mouse model to test for EVE-derived antiviral activity against Borna disease virus. (2021)
  • Author(s): Koide R, Abe T, Kamada AJ, Saito Y, Guerrini M, Fujii A, Parrish EH, Horie M, Kiyonari H, Koyasu S, Yamamoto K, Tomonaga K, Parrish NF.
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] ボルナウイルスのインテグレーション効率と内在化の集団遺伝学シミュレーション解析 (2021)
  • Author(s): 岩田美智子，堀江真行，長田直樹，川崎純菜，朝長啓造．
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Comprehensive analysis of viral fossil records to infer the history of RNA viral infections on a geological timescale. (2020)
  • Author(s): Kawasaki J, Kojima S, Mukai Y, Tomonaga K, Horie M.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] A large-scale metaviromic analysis contributed to a deeper understanding of the evolution viruses: An example of deltaviruses in vertebrates. (2020)
  • Author(s): Horie M, Iwamoto M, Shibata Y, Kawasaki J, Kojima S, Wada K, Watashi K, Tomonaga K.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Book] ネオウイルス学 (2021)
  • Author(s): 河岡義裕他
  • Total Pages: 315
  • Publisher: 集英社
• [Remarks] 京都大学医生物学研究所
  • URL: https://www.infront.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学医生物学研究所朝長研究室
  • URL: https://t.rnavirus.virus.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学ウイルス・再生医科学研究所朝長研究室
  • URL: https://t.rnavirus.virus.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学ウイルス・再生医科学研究所
  • URL: https://www.infront.kyoto-u.ac.jp/